[發明專利]包含鉑、銅和鐵的用于從富氫氣體中除去一氧化碳的改良優先氧化催化劑

無效

• 申請號: 200680028216.2
• 申請日: 2006-05-30
• 公開（公告）號: CN101232942A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: L·朔爾;R·J·法勞托
• 申請（專利權）人: 巴斯福催化劑公司
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J23/42;B01J23/72;B01J23/745;C01B3/58;H01M8/06
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

技術領域

本發明涉及用于選擇性氧化一氧化碳的催化材料的制備，涉及包含該材料的催化劑組件(member)和它們的使用條件。本發明發現制備用于燃料電池的含氫氣體流是有用的，該電池通過氫的氧化提供能量。

發明背景

用于應用燃料電池的已知方式包括從含碳燃料中產生氫。通常該方法包括燃料脫硫、蒸汽重整和高溫及低溫水煤氣輪換反應。產物氣流包括大量的氫(H₂)、二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)和約0.5％的一氧化碳(CO)。上述一氧化碳的量比期望用于燃料電池的量高，因為公知一氧化碳能夠造成用于燃料電池反應的催化劑中毒。因此需要除去一些或全部的一氧化碳，例如將它氧化成二氧化碳，而毋需除去需要供給燃料電池能量的氫。因此必須除去一氧化碳，或將它的量減少到最大值為約10ppm。現有技術中已知在商品名為SELECTOXO^TM的存在下，水煤氣輪換反應的產物在催化選擇性氧化方法中除去一氧化碳，該方法可以避免氧化氫氣。商業上的SELECTOXO^TM催化劑包含通過使用鉑和鐵鹽的溶液濕法浸漬氧化鋁得到的分散在鋁載體片或球上的0.3至0.5％的鉑和0.03％的鐵。希望在不高于125℃的溫度下干燥SELECTOXO^TM催化材料，因為該催化劑預期在不高于125℃的溫度下使用，較高的干燥溫度會對鉑產生不利影響。帶有催化劑的氧化鋁片通常放置在進料物流流過的床上。

如在共同受讓的US6559094中公開的，在此將它全文引入作為參考，通過使用含有鉑和鐵，并將它們浸漬在載體材料或整塊料上，在氧化條件下，例如在空氣中，在200℃至300℃的溫度范圍下干燥和煅燒的催化劑，能夠得到用于將一氧化碳選擇性氧化的較高的催化活性。現有技術沒有意識到將所使用的材料在用于此處描述的選擇性氧化方法的溫度范圍內煅燒的優點。此處公開的發明還涉及一種制備催化劑和催化材料的方法，并且涉及該方法的產品。該方法包括將載體材料如氧化鋁(或這種材料的整塊料)用鉑和鐵的溶液潤濕，并且在氧化條件，例如在空氣中，在從200℃至高達但不包括300℃的溫度范圍下煅燒該濕材料或整塊料。負載在載體材料上的鉑的量可以在約3重量％至7重量％的范圍內，優選約5重量％。鐵的負載量與鉑的負載量的比例大約為百分之6，因此鐵的負載量例如在約0.1重量％至0.6重量％的范圍內，優選約0.3重量％。與上述現有技術的SELECTOXO^TM催化劑表面層的鉑和鐵的含量一致，在粉末氧化鋁上負載3至5重量％的鉑和0.3重量％的鐵。相對于SELECTOXO^TM催化劑，上述0.3至0.5重量％的鉑和0.03重量％的鐵的總負載量反映出一個事實，即在SELECTOXO^TM片內部含大量實質上不含催化物質而且沒有與進入的氣體原料流有效接觸的大量氧化鋁。

參考文獻中還公開了其它選擇性氧化催化劑，但是它們在蒸汽環境下幾乎沒有高效的。George?Avgouropoulos等，Catalysis?Letters，73，33，2001論證了一種基于銅和鈰的活性優先氧化(PROX)催化劑，在10％蒸汽存在下，操作溫度高于140℃。提高的溫度使得銅的含量減少，而且變得更活化。

Mitsubishi?Gas(美國專利6548034)公開了在用于燃料電池的PROX催化劑中使用鉑和銅，以及鉑和錳、鎳或鈷。但是一個限制性因素在于一氧化碳濃度的減少是水煤氣輪換逆反應催化劑活性的程度。正常水煤氣輪換反應是：

H₂O+CO→H₂+CO₂

水煤氣輪換逆反應，rWGS，是反應向相反的方向進行：

H₂+CO₂→H₂O+CO

該反應產生了毒性氣體CO。Mitsubishi?Gas專利陳述了銅和鉑的混合物沒有顯示出水煤氣輪換逆反應的活性，它通常在低于160℃下，在包含氫氣和二氧化碳的氣體混合物中結合含鉑的催化劑。然而這篇專利中的數據并不支持該結論。

發明概述